一种埋地排水管道外部病害检测与修复方法与流程

本发明涉及排水管道病害检测与修复技术领域，具体为一种埋地排水管道外部病害检测与修复方法。

背景技术：

城市地下管网作为现代城市的“地下大动脉”，承担着排污疏水等重要责任，在城市居民的日常生活中扮演着举足轻重的作用。随着我国城市化进程的加快，城镇地下管网建设规模也日渐庞大，截至2017年，我国城镇排水管道里程超过63万km。然而，随着管道服役年限的不断增加，管道老化失修严重，渗漏、脱空、不密实等管道外部病害普遍存在。因此如何快速精确识别在役管道存在的缺陷并进行修复是目前急需解决的工程问题之一。

目前管道病害检测手段主要有管道闭路电视检测法(cctv)、声呐检测法、管道潜望镜检测法等。其中cctv和管道潜望镜检测法是通过拍摄管道内部视频判断管道内部病害情况，检测时需停水，这类方法可准确识别管道结构本身病害，但无法对管道外部病害进行探测；声呐法是采用超声信号检测管道结构病害，可在管道不停水条件下进行检测，但该方法也无法对管道外部病害进行检测。

现行管道修复方案主要包括两大类：第一类是开挖修复，此类修复方式虽然可以根治管道内部和外部病害，但施工速度慢、对交通影响大、造价高、产生大量建筑垃圾，污染环境；第二类是非开挖修复，其工艺主要有管道内穿插法、原位固化法(cipp)、碎管法、缠绕法、注浆法等，相比于传统开挖修复，具有施工速度快、成本低、对环境影响小等优点，然而，穿插法、原位固化法(cipp)、碎管法、缠绕法这些非开挖修复方法均只能对管道结构本身病害进行修复，无法对管道外部病害进行有效维修，工后可能产生二次病害，注浆法虽能有效加固管道周围土体、填充脱空，但受限于检测条件，管外病害无法精确识别，难以找到病害准确位置，影响注浆修复效果。

因此，现有技术中的管道病害检测方法不能对埋地管道的外部病害进行精确识别，且现有的修复方法多是针对管道结构本身病害进行的修复，在修复管外病害时通常要再次破坏管道，无法在不产生二次病害的情况下对管道外部病害进行准确修复，且现有的修复方法也不能精确修复到病害位置，现有技术中对管道的检测和修复往往是分开进行的，研发埋地排水管道外部病害无损探测与精细化同步注浆修复工艺需求迫切。

申请号为201910463562.2的一种用于地下排水管道微创修复快速替换管道的方法，公开了一种用于地下排水管道微创修复快速替换管道的方法，包括如下工作步骤：确定管缺陷段、cctv检测仪复核、管缺陷短路面定位、钻孔取出管顶结构层、人工挖除管周土、切除管缺陷段、cctv监控校正下更换上新管、新旧管接口处封口稳固、泡沫水泥灰土填充管道周围、恢复路面基层逐层回填土并夯实、cctv监控复核修管处、管内采用点状原位固化法将修复气囊附着玻璃纤维布加压固化内衬接口处、cctv检查复核两新旧管对接处固化内衬的质量、恢复路面其他结构层。该方案中钻孔时为了取出管顶结构层，该方案是用于对管道上的病害缺陷进行修复处理，与本申请所涉及的对管道外部病害的检测和修复不同。

申请号为201710223542.9的专利文献公开了一种地下管道和检查井的非开挖修复方法，具体步骤如下：s1：清洗，s2：检测，s3：烘干，s4：修补材料的准备，s5：修补，s6：再次烘干，s7：冷却，s8：监测，s9：验收。该方案仅在步骤s2中公开了可以通过机器人来检测地下管道和检查井的破损位置，但它在检测后的之后的修补步骤复杂，且修复的是管道内部的损伤，与本申请所涉及的对管道外部病害的检测和修复不同。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种埋地排水管道外部病害检测与修复方法，旨在解决现有的管道病害检测和修复方法不能对埋地管道的外部病害进行精准检测和修复的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种埋地排水管道外部病害检测与修复方法，包括以下步骤：

s1，控制机器人进入管道内部，对管道病害进行全面探测；

s2，电脑终端根据机器人的探测结果，对探测到的管道病害进行分析，从位于管道外壁内侧的管道内部病害和位于管道外壁的管道外部病害中，判别出管道外部病害的位置；

s3，控制机器人探测管道外部病害相对于地面的深度位置；

s4，根据步骤s2的检测结果确定管道外部病害至地面的位置，在地面向下进行钻孔，根据步骤s3的检测结果来确定钻孔深度，插入注浆导管；

s5，通过注浆导管向管道外部病害进行注浆修复。

优选地，在步骤s1中还包括：预先将气囊塞入管道的上游，封堵住上游来水；所述机器人通过检查井进入管道内部。

优选地，在步骤s2中，所述机器人上设有雷达天线，通过雷达天线测得管道病害的位置，将管道病害的位置与管道管壁的位置进行对比，判断管道病害是管道内部病害还是管道外部病害。

优选地，所述机器人设有行驶轮、设于行驶轮上的搭载板、设在搭载板上的竖向的可转动的滑杆旋转轴、设于滑杆旋转轴顶部的可在竖向平面内摆动的滑杆、与滑杆连接的且可伸缩的伸缩杆、设于伸缩杆末端的可在横向平面内摆动的机械臂，所述雷达天线设于所述机械臂末端。

优选地，所述的埋地排水管道外部病害检测与修复方法，在步骤s2中，还包括：在判别出管道外部病害的位置之后，控制雷达天线贴近管道管壁，对管道外部病害进行第二次检测，以进一步确认管道外部病害位置。

优选地，在步骤s2中，所述机器人上设有摄像头，通过摄像头对管道内部进行拍照和摄像，地面终端根据拍到的图片和视频同步确定管内病害的情况。

优选地，在步骤s3中，所述机械臂末端还设有声波信号发射器，根据步骤s2测得的管道外部病害的位置，将声波信号接受器设在管道外部病害正上方的地面位置，通过所述声波信号发射器和声波信号接受器能够测得管道外部病害相对于地面的深度位置。

优选地，在步骤s4中，采用手持式钻机往地下进行钻孔，所述手持式钻机的钻杆上设有刻度，根据所述刻度控制钻孔的深度不超过管道外部病害的深度。

优选地，在步骤s4中，当管道外部病害位于管道的背离地面的一侧时，从地面往下垂直钻孔，所钻孔位于管道的沿其径宽方向的两侧并与管道相切，从注浆导管进入的浆液通过劈裂病害位置薄弱带进入管道外部病害位置。

优选地，在步骤s5之后，还包括：s6，控制机器人通过雷达天线再次探测管道外部病害部位，判断管道外部病害部位的修复效果是否符合要求，若否，则进行二次注浆维修。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：

本发明所述的检测与修复方法，首先，检测手段先进、检测步骤设计严谨，实现了对外部病害位置的精确识别定位，解决了当前管道外部病害隐蔽难以精确探测的难题；其次，在检测之后同步在病害对应的地面位置进行同步钻孔注浆修复，这样检测、注浆修复一体化施工，提高了作业效率，便于推广应用；并且，本方法不用从管道内再次破坏管道才能修复管外病害，不会对管道造成二次损害，仅对路面有微创损伤；同时，本检测与修复方法不受管径限制、施工速度快、对交通干扰小，有效解决了当前管道外部隐蔽病害探测修复困难的难题，对我国埋地管道养护技术水平进步具有促进作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明所提供的实施例中采用雷达天线对管道病害进行探测的示意图；

图2为本发明所提供的实施例中采用声波信号发射器和声波信号接收器探测病害位置距地表深度的示意图；

图3为本发明所提供的实施例中采用手持式钻机在地面进行钻孔的示意图；

图4为本发明所提供的实施例中采用高聚物注浆系统进行精细化注浆的示意图；

图5为本发明所提供的实施例中机器人的结构图；

图6为本发明所提供的高聚物注浆系统的结构示意图。

本发明的附图标号说明：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种埋地排水管道外部病害检测与修复方法。

请参照图1至图6，在管道1的上游和下游均设有检查井11，在管道1内设有用于检测管道病害的机器人2，管道1内穿设有牵引绳3，两检查井11的井壁上架设有滑轮组12，牵引绳3通过滑轮组12连接至地面，用于控制机器人2在管道1内的行走。地面上设有地面操作系统4，地面操作系统4和机器人2通过无线通信连接。地面还设有雷达信号接收器5、电脑终端6、手持式钻机7、声波信号接收器9、高聚物注浆系统10。

机器人2底部设有由行驶轮22和搭载板21组成的搭载系统。搭载板21上设有竖向的可转动的滑杆旋转轴18、设于滑杆旋转轴18顶部的可在竖向平面内摆动的滑杆17、与滑杆17连接的且可相对滑杆17进行伸缩的伸缩杆16、设于伸缩杆16末端的可在横向平面内摆动的机械臂15，机械臂的末端设有雷达天线13和声波信号发射器14。机器人2与地面操作系统4通过无线通讯连接，在地面可以控制机器人2的启动或停止，也可以通过地面操作系统4控制机械臂15的移动，从而能够远程控制调节雷达天线13、声波信号发射器14在管道1内的具体位置。机械臂15能够通过伸缩杆16进行上下伸缩移动，也可通过机械臂的摆动进行360度旋转，以便于雷达天线13和声波信号发射器14选择合适的高度和角度进行探测。

雷达信号接收器5和机器人上的雷达天线13通信连接，声波信号接收器9和机器人上的声波信号发射器14通信连接，雷达信号接收器5和声波信号接收器9与电脑终端6连接，并将接收到的信号发送给电脑终端6进行处理。

机器人2上还设有摄像头19，摄像头19能够通过摄像头旋转轴20进行360度转动，用于实时对管道1内部进行360度拍摄摄像，并将拍摄的图像信息、视频信息实时传递给电脑终端6。

而可以理解地，在其他一些实施方式中，机器人2也可采用其他现有技术中专门对管道进行病害检测的管道机器人。

高聚物注浆系统10包括输料管23、进气主气管24、气动泵25、料筒26、控制台27、加热保温料管28和高压发泡枪29，进气主气管24与气动泵25连通，气动泵25设置在料筒26上，料筒26通过输料管23连通加热保温料管28，输料管23与加热保温料管28之间设置有控制台27，加热保温料管28的末端连接高压发泡枪29。当要使用高聚物注浆系统10进行进行注浆操作时，使高压发泡枪29通过注浆导管8与注浆口连通，料筒26中的高聚物浆液经输料管23输送至加热保温料管28，加热完毕经高压发泡枪29注射进注浆导管8，注浆导管8与注浆口连接，高聚物浆液通过注浆口注入到病害位置，实现对管道病害的修复。

本发明基于上述设备，提出一种埋地排水管道外部病害检测与修复方法，用于对市政埋地排水管道的脱空、不密实等外部病害进行无损探测与精细化同步注浆修复，包括以下步骤：

s1，从检查井11进入管道1内，将气囊塞入上游管道，封堵上游来水；

通过检查井将机器人放入管道内部，利用牵引绳控制机器人2在管道1内的行驶；

控制机器人2通过雷达天线13对管道内进行360度全面探测。

s2，管道病害根据发生位置分为管道内部病害和管道外部病害，管道内部病害和管道外部病害以管道的外表面(即管壁的外轮廓线)为界限进行划分，现有修复技术针对的通常是管道内部病害，例如沉陷、腐蚀、开裂、脱节、错口等，管道外部病害出现在管道的外部区域，且通常邻近管道内部病害的部位出现，主要包括脱空、不密实和管顶掏空。

机器人2通过雷达天线13发射的电磁波在不同介质中的不同传播速度和传播时间，可以测得管道病害的位置，将管道病害的位置与管道管壁的位置进行对比，来判断管道病害是管道内部病害还是管道外部病害。

然后，在判别出管道外部病害的位置之后，控制雷达天线13贴近管道管壁，对管道外部病害进行第二次检测，以进一步确认管道外部病害位置。

s3，根据步骤s2测得的管道外部病害的位置，将声波信号接受器9设在管道外部病害正上方的地面位置，通过声波信号发射器14和声波信号接受器9精确测得管道外部病害相对于地面的深度位置。

s4，根据步骤s2的检测结果确定管道外部病害至地面的位置，根据步骤s3的检测结果，采用手持式钻机7往地下进行钻孔，手持式钻机7的钻杆上设有刻度，根据刻度控制钻孔的深度不超过管道外部病害的深度，以免对病害造成进一步破坏；

在钻孔内插入注浆导管。

s5，在地面通过注浆导管8向管道外部病害位置进行注浆修复。

s6，控制机器人2通过雷达天线13再次探测管道外部病害部位，判断管道外部病害部位的修复效果是否符合要求，若否，则进行二次注浆维修。

本发明采用机器人2搭载雷达天线13和声波信号发射器14对管道病害进行探测，通过机器人2的行走和机械臂的移动可以调节雷达天线13和声波发射器14在管道内的不同位置，选择合适的高度和角度对管道病害进行全方位探测；通过雷达探测技术，可以对混凝土管、hdpe管等排水管道的脱空、渗漏等多种病害进行精确识别；通过电脑终端6的分析处理，根据管道病害产生位置与管道管壁位置的相对关系，可以判别出管道外部病害；通过雷达天线第二次探测进一步确认管道外部病害位置后，再通过声波信号探测管道外部病害发生的深度，以便在地面对应位置进行一定深度的钻孔；然后通过高聚物注浆系统10通过注浆导管8对病害位置进行注浆修复。

由此，本发明所述的检测与修复方法，首先，检测手段先进、检测步骤设计严谨，实现了对外部病害位置的精确定位，解决了当前管道外部病害隐蔽难以精确探测的难题；其次，在检测之后同步在病害对应的地面位置进行同步钻孔注浆修复，这样检测、注浆修复一体化施工，提高了作业效率，便于推广应用，检测与修复同步化，解决了现有技术中的检测和修复通常是分开进行的问题；并且，本方法不用从管道内再次破坏管道才能修复管外病害，不会对管道造成二次损害，仅对路面有微创损伤；同时，本检测与修复方法不受管径限制、施工速度快、对交通干扰小，有效解决了当前管道外部隐蔽病害探测修复困难的难题，对我国埋地管道养护技术水平进步具有促进作用。

进一步地，在步骤s2中，为了对管道1进行全面检测，机器人2沿管道的延伸方向每移动一定距离，机械臂15移动使雷达天线13对管道进行一次360度扫描，扫描完成后，机器人2再移动一小段距离，雷达天线13再进行一次360度扫描，如此循环，雷达天线13可以获得在管道内不同位置的管道内部、管壁、管道外部土层的断面信息，并可在电脑终端6上显示出来。技术人员对显示屏上的断面信息可以判断出出现病害的部位，同时将出现病害的部位与管壁部位进行对比，即可看出哪些是属于管道外部病害。

进一步地，在步骤s4中，当管道外部病害位于管道的背离地面的一侧，即靠近地底下一侧时，在地面的与管道外部病害对应的位置进行垂直钻孔，所钻孔位于管道的沿管道径宽方向的两侧，所钻孔与管道的两侧相切，从注浆导管进入的浆液通过劈裂病害位置薄弱带进入管道外部病害位置。

进一步地，在步骤s2中，机器人2上设有摄像头19，通过摄像头19对管道内部进行拍照和摄像，电脑终端6根据拍到的图片和视频还可以确定管道内部病害的情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。